Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Darwins Stammbaum-Modell auf dem Prüfstand

07.08.2008
Zwei Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf zeigten, dass für die Bakterien -- Einzeller ohne Zellkern -- die Baum-Metapher der Darwinschen Evolutionstheorie nicht zutrifft. Ihr Gegenmodell, ein Netzwerk der Genevolution unter Bakterien, sorgt für Wirbel.

Das kommende Jahr 2009 wird bei den Naturwissenschaftlern als Darwin-Jahr gefeiert. Es markiert den 200. Geburtstag von Charles Darwin, Begründer der Evolutionstheorie, und das 150. Jubiläum seines wichtigsten Werkes "On the Origin of Species", in dem er die Evolutionstheorie verkündete.

Der Evolutionstheorie nach sind alle Lebewesen über eine Abfolge von Verzweigungen, wie die Äste einer Eiche, miteinander verwandt. Dr. Tal Dagan, Habilitantin im Institut für Botanik III der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, hat "das erste Blatt in einem neuen Kapitel der Evolutionsforschung beschrieben", wie Institutsleiter Prof. Dr. William Martin es bezeichnet. Den beiden Düsseldorfer Biologen ist es nun gelungen, ein Netzwerk vom Genaustausch unter Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern) bildlich darzustellen.

Das Ergebnis sieht aus wie ein trichterförmiges Spinnennetz, nicht wie ein Baum. Steht die Evolutionstheorie vor einer peinlichen Blamage, und das in ihrem Jubiläumsjahr?

"Keineswegs", sagt Martin, "wir gewinnen lediglich einen greifbaren Zugang zum Gesamtbild des Evolutionsgeschehens bei den mikroskopisch kleinen Einzellern; Darwins Sicht der Evolution trifft nach wie vor für alle Lebewesen zu, die wir mit dem blossen Auge erkennen können". Bei den Prokaryoten hat man lange angenommen, dass auch hier die Baum-Metapher zutreffen würde. Aber seit Jahren merken Genomforscher weltweit, dass jedes Gen in einem Bakteriengenom einen anderen Baum abzubilden scheint. Fügt man alle dieser unterschiedlichen Bäume in einem Gesamtbild zusammen, so entsteht das Netzwerk.

Im Unterschied zur vertikalen Gen-Vererbung von der Elterngeneration zu Nachkommen im Darwinschen Sinne, ist bei Bakterien ein sogenannter horizontaler Gentransfer möglich; Gene können bei Bakterien weit über die Artgrenze hinaus in einem Schritt vererbt werden. Dabei spielt der Verwandtschaftsgrad von Gen-Donor und Empfänger keine so große Rolle. Seit langem wissen Genforscher, dass Bakterien viele genetische "Tricks" auf Lager haben, wie sie fremde Gene aufnehmen und nutzen können. Wie sich das auf das Gesamtbild der Evolution auswirkte, war bisher nicht klar umrissen.

Doch wie lassen sich horizontaler und vertikaler Gentransfer in einer Darstellung vereinen? Hierzu entwickelte Dr. Tal Dagan ein Computer-Programm, mit dessen Hilfe sich, nicht wie bisher üblich, nur Stammbäume, sondern ganze Netzwerke von Genomen bildlich darstellen lassen. Diese rechnerische und graphische Leistung spiegelt die Forschungsarbeit von rund zwei Jahren wider. Die Zeit hatte die junge israelische Biologin fast ausschließlich an einem Hochleistungsrechner verbracht, der eine schier unendliche Fülle an Informationen bewältigen musste: Dagan und ihre Kollegen analysierten nämlich 539.723 Gene aus den Genomen von 181 Arten von Einzellern.

Das Ergebnis: Ein Bild der Evolution, das zeigt, wie diese 181 Arten in einem Netzwerk von Genen über vertikale und horizontale Vererbungsvorgänge miteinander verknüpft sind.

Bisher dient diese Darstellung der Grundlagenforschung, langfristig ist jedoch eine Anwendung vor allem in der Medizin denkbar, beispielsweise bei der Erforschung von Krankheitserregern, die ihre Resistenzgene gegenüber Antibiotika mittels horizontalem Gentransfer austauschen. Bei der raschen Ausbreitung solcher Antibiotika-Resistenzen in Krankenhäusern wurde der horizontale Gentransfer bei Baktierien vor rund 40 Jahren erst entdeckt. Vor dem Darwin-Jahr scheint eine mögliche Lücke in der Evolutionstheorie, was die Genevolution bei Bakterien betrifft, eher kleiner als größer geworden zu sein. Dazu Martin: "Am Anfang des Lebens standen die Bakterien, und irgendwie ist es passend, dass das Wurzelwerk im Stammbaum des Lebens etwas anders aussieht als die Krone".

Die Ergebnisse der Düsseldorfer Biologin sind in der Zeitschrift "Proceedings of the National Academy of Science of the USA" am 22. Juli 2008, vol.105, Nr.29, S.10039-10044 erschienen.

Kontakt: Prof. Dr. William Martin, Institut für ökologische Pflanzenphysiologie und Geobotanik, Tel. 0211-81-13011.

Rolf Willhardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-duesseldorf.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften